Kinematisk viskositet. Mekanik af væsker og gasser

Kinematisk viskositet. Mekanik af væsker og gasser
Kinematisk viskositet. Mekanik af væsker og gasser
Anonim

Kinematisk viskositet er en grundlæggende fysisk egenskab for alle gas- og flydende medier. Denne indikator er af afgørende betydning for at bestemme modstanden af faste legemer i bevægelse og den belastning, de oplever. Som du ved, i vores verden sker enhver bevægelse i luften eller vandmiljøet. I dette tilfælde påvirkes bevægelige kroppe altid af kræfter, hvis vektor er modsat bevægelsesretningen for selve objekterne. Følgelig, jo større den kinematiske viskositet af mediet er, desto stærkere er belastningen af det faste stof. Hvad er karakteren af denne egenskab ved væsker og gasser?

Kinematisk viskositet
Kinematisk viskositet

Kinematisk viskositet, defineret som intern friktion, skyldes momentumoverførsel af stofmolekyler vinkelret på bevægelsesretningen af dets lag med forskellige hastigheder. For eksempel i væsker er hver af de strukturelle enheder (molekyle) omgivet på alle sider af sine nærmeste naboer, placeret omtrent i en afstand svarende til deres diameter. Hvert molekyle svinger rundt i en såkaldt ligevægtsposition, men ved at tage momentum fra naboerne tager det et skarpt spring mod et nyt svingningscenter. På et sekund har hver sådan strukturel enhed af stof tid til at ændre sit opholdssted omkring hundrede millioner gange og foretager mellem hop fra et til hundredtusindvis af svingninger. Jo stærkere en sådan molekylær vekselvirkning er, jo lavere vil mobiliteten af hver strukturel enhed være og følgelig jo større er stoffets kinematiske viskositet.

Luftens kinematiske viskositet
Luftens kinematiske viskositet

Hvis et molekyle påvirkes af konstante ydre kræfter fra nabolag, så foretager partiklen i denne retning flere forskydninger pr. tidsenhed end i den modsatte retning. Derfor forvandles dens kaotiske vandring til en ordnet bevægelse med en vis hastighed, afhængig af de kræfter, der virker på den. Denne viskositet er typisk for f.eks. motorolier. Her er det også vigtigt, at de ydre kræfter, der påføres den pågældende partikel, udfører arbejde på en form for at skubbe lagene, som det givne molekyle klemmer sig igennem, fra hinanden. En sådan påvirkning øger i sidste ende hastigheden af den termiske tilfældige bevægelse af partikler, som ikke ændrer sig med tiden. Med andre ord er væsker karakteriseret ved en ensartet strømning, på trods af den konstante påvirkning af ydre kræfter i flere retninger, da de er afbalanceret af den indre modstand af stoflagene, som netop bestemmer den kinematiske viskositetskoefficient.

Kinematisk viskositetskoefficient
Kinematisk viskositetskoefficient

Med stigende temperatur begynder mobiliteten af molekyler at stige, hvilket fører til et vist fald i stoflagenes modstand, da der i ethvert opvarmet stof skabes mere gunstige forhold for partiklernes frie bevægelse i retningen af den påførte kraft. Dette kan sammenlignes med, hvordan det er meget lettere for en person at presse sig gennem en tilfældigt bevægende menneskemængde end gennem en stationær. Polymeropløsninger har en signifikant indikator for kinematisk viskositet, målt i Stokes eller Pascal sekunder. Dette skyldes tilstedeværelsen i deres struktur af lange stift bundne molekylære kæder. Men når temperaturen stiger, falder deres viskositet hurtigt. Når plastprodukter presses, tvinges dets trådformede, indviklet sammenflettede molekyler ind i en ny position.

Viskositeten af gasser ved en temperatur på 20°C og atmosfærisk tryk på 101,3 Pa er af størrelsesordenen 10-5Pas. For eksempel vil den kinematiske viskositet af luft, helium, oxygen og hydrogen under sådanne betingelser være lig med henholdsvis 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. Og flydende helium har generelt den forbløffende egenskab overflydende. Dette fænomen, opdaget af akademiker P. L. Kapitsa, ligger i det faktum, at dette metal i en sådan tilstand af aggregering næsten ikke har nogen viskositet. For ham er dette tal næsten nul.

Anbefalede: